[发明专利]多元掺杂球形磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，尤其是磷酸铁锂正极材料及其制备方 法。

背景技术

在锂离子二次电池正极材料的研究领域，磷酸铁锂LiFePO₄已受到广泛 关注。磷酸铁锂的理论容量高达170mAh/g，可逆容量高，充放电前后结构 稳固，且均具有平稳的电压平台。

在磷酸铁锂的结构中，一个FeO₆八面体与两个LiO₆八面体和一个PO₄四面体共边，PO₄四面体则与一个FeO₆八面体和两个LiO₆八面体共边，这 种结构特点使得Li⁺的嵌入、脱出运动受到影响，造成磷酸铁锂材料的导电率 和离子扩散速率都较低。自身结构的限制，使得磷酸铁锂的导电性能较差。 研究者们通过在磷酸铁锂中掺杂金属离子，以提高磷酸铁锂的导电性能。现 有技术中的掺杂磷酸铁锂，难以将材料的导电性能和填实密度统一起来，综 合性不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较好导电性能、较高填充密 度的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多元掺杂球形磷酸铁锂正极材 料，其化学式为

Li_1.03-xMg_x/2Fe_1-yTi_y/2PO_4-z/2F_z/C，其中0＜x≤0.1；0＜y≤0.1；0＜z≤0.1。

该正极材料所用原料中，铁源、锂源、磷源、钛源和镁源中包括氟盐； 配方摩尔比为：铁源∶锂源∶磷源∶钛源∶镁源＝0.95～1.05∶0.5～1.03∶1∶ 0.01～0.1∶0.01～0.1，碳源占磷酸铁锂产物总重的8wt％～24wt％。

该正极材料所用原料中，铁源包括FeC₂O₄·2H₂O、FeF₂、FeO、Fe₂O₃、 Fe₃O₄、Fe(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃中的至少一种；锂源包括Li₂CO₃、LiF、LiOH·H₂O、 LiNO₃和Li₃PO₄中的至少一种；磷源包括NH₄H₂PO₄、LiH₂PO₄、Li₂HPO₄、 Li₃PO₄、(NH₄)₂HPO₄和(NH₄)₃PO₄中的至少一种；碳源包括活性碳、石墨和 蔗糖中的至少一种；钛源包括TiF₄、TiO、TiO₂、TiO₃中的至少一种；镁源包 括MgF₂、MgO、Mg(OH)₂、Mg、Mg(H₂PO₄)₂·2H₂O中的至少一种。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述多元掺杂球形磷 酸铁锂正极材料的方法。

为解决该技术问题，本发明提供一种制备方法，包括以下步骤：

a、称量摩尔比为铁源∶锂源∶磷源∶钛源∶镁源＝0.95～1.05∶0.5～1.03 ∶1∶0.01～0.1∶0.01～0.1的铁源、锂源、磷源、钛源和镁源，以及占磷酸铁 锂产物总重8wt％～24wt％的碳源、占磷酸铁锂产物总重50wt％～100wt％的水； 铁源、锂源、磷源、钛源和镁源中包括氟盐；将铁源、锂源、磷源、钛源、 镁源、碳源和水混合，将混合料球磨、烘干；

b、物料经步骤a处理后，在350℃～400℃煅烧3～8小时，该煅烧过程在 N₂气保护气氛中进行；